混凝土结构设计原理-受弯构件PPT课件.ppt

第三章受弯构件正截面承载力计算Cross SectionCarryingCapacityofFlexuralMembers 注 通过学习前两章的基础知识 进而开始讨论钢筋混凝土构件的设计 受弯构件是所有构件中最基本的一种 掌握了它的计算 以后各章的内容就是举一反三 所以我们要详细讨论 并且熟练掌握本章内容 1 2 3 4 受弯构件 承受弯矩M 剪力V 扭矩MT的作用 一 承载能力极限状态M正截面破坏正截面承载力计算M V斜截面破坏斜截面承载力计算MT受扭破坏抗扭承载力计算二 正常使用极限状态应力验算变形验算裂缝宽度验算三 构造要求 设计要求 5 3 1受弯构件的截面形式与构造SectionGeometryandConfigurationofFlexuralMembers 受弯构件的某些细部处理和做法是无法通过计算来确定的 比如构件中钢筋的布置方式 钢筋的锚固 以及节点和支座的做法等 对这些构造处理不当是导致工程事故的一个很大原因 因此 在结构和构件设计中 采取合理的构造措施是至关重要的 它是使构件能安全承载和具有适用性及耐久性的可靠保证 此外 合理的构造要求也兼顾了施工上的方便 6 中小跨径 多采用矩形及T形截面大跨径 多采用工字形或箱形截面 主梁的高度 一般根据梁的刚度要求初选 b 12cm 15 18 20 22 25 30按5cm增加h 30cm 35 40 75 80超过80cm以10cm增加 3 1 1截面形式及尺寸 7 3 1 3混凝土保护层厚度 混凝土保护层厚度 d 粗骨料最大粒径的1 25倍和表中数值 8 3 1 4梁内钢筋骨架的构造 9 10 受力主钢筋 直径14 28mm 特殊时 如构件特别大 可用32 40mm采用不同直径时 两种钢筋的直径差应 2mm 便于识别 经济配筋率 经济配筋率 经济配筋率 11 上下对齐下粗上细左右对称 布置原则 第三层及以上钢筋水平间距增大一倍 12 3 1 5板的钢筋构造 13 单向板 荷载只向一个方向传递 单边或两对边支承的板一定是单向板两相邻边 三边 四边支承的板 当长短边之比l2 l1 2时 可按单向板计算双向板 荷载向两个互相垂直的方向传递 两相邻边 三边 四边支承的板 当长短边之比l2 l1 2时 14 15 薄板 钢筋直径6 12mm 厚板 钢筋直径12 25mm 在同一板带宽范围内通常是按等间距均匀布置 16 单向板应设分布钢筋 分布钢筋的作用 将板面上的荷载更均匀地传递给受力钢筋 固定受力钢筋的位置 抵抗温度应力和砼收缩应力 承受沿长边传递的荷载 17 分布钢筋的设置要求 位置 与受力钢筋垂直 布置在受力钢筋内侧用量 每米板宽内的截面面积 受力钢筋截面面积的15 直径 6mm间距 250mm 薄板 间距 200mm 薄板 集中荷载较大 直径 10 16mm间距 200 400mm 厚板 分布荷载 18 19 20 3 2受弯构件正截面受力过程和破坏形态 一 试验研究 21 受拉钢筋合力作用点 实际上就是受拉钢筋截面形心 至受压边缘的距离 称为有效高度 定义配筋率试验梁的配筋率 试验梁的外观破坏过程 VCD 22 23 I Ia II IIa III IIIa W挠度 F 荷载 受拉区混凝土出现裂缝 钢筋开始屈服 破坏 抗裂阶段 开裂阶段 工作阶段 破坏阶段 钢筋适度的钢筋混凝土试验梁荷载 挠度曲线图 HowmanystagesaRCbeamexperiencesfromthebeginningofloadingtoitsfailure 24 根据曲线将梁工作分为三个阶段 具有两个明显转折点第I阶段 整体工作阶段很小 基本上呈直线 拉区应力较小 梁未开裂 截面整体受力 随着增加 受拉区砼拉应力达到抗拉强度 受拉边缘砼应变增至极限拉应变 砼即将开裂 曲线出现第一个转折点 记为状态 第II阶段 带裂缝工作阶段砼开裂后 受压区高度明显减小 中和轴明显上移 开裂砼退出工作 拉应力转卸给钢筋承担 开裂后 刚度降低 挠度增加的速度较快 在第II阶段 随增大 裂缝宽度也增大 开裂截面钢筋拉应力增大 增大至屈服 曲线出现第二个转折点 记为II状态 第III阶段 破坏阶段钢筋屈服后 进入第III阶段 裂缝迅速开展 中和轴迅速上移 刚度急剧下降 挠度明显增大 最后发展至受压区边缘砼达到极限压应变 梁破坏 破坏时记为III状态 25 平截面假定示意图 应变片 荷载增大时截面应变 的变化 梁正面图 正截面 1 2 cu 26 受压区 受拉区 夸张了的梁的挠曲和正截面偏转 钢筋混凝土梁纯弯段 c cu 正截面 偏转了的正截面 混凝土拉应变 混凝土压应变 截面中性轴 27 28 29 回忆混凝土 选定模型 原位图形 应变在水平方向 逆时针旋转900 应变在铅垂方向 与梁高方向一致 30 12345 1 2 3 4 5 压应变 拉应变 As s c 把所得应变根据规定的本构关系曲线转换为应力 31 My fyAs IIa M sAs II sAs M I Mu fyAs Z D IIIa M fyAs III sAs Mcr Ia ft 各阶段正截面应力 应变分布 应变图 应力图 32 破坏始于受拉钢筋屈服 终止于混凝土压碎 钢筋屈服后 要经历裂缝和变形急剧发展的过程后 压区砼压碎梁告破坏 梁破坏前有明显的预兆 裂缝宽 挠度大 可归属于 延性破坏 从曲线可知 在第III阶段 增加不大 而有较大幅度增长 很大 表明梁破坏前具有较好的变形能力 称为梁的延性较好 破坏阶段经受变形的能力 延性 配筋率越大 延性越差 二 受弯构件正截面破坏形态适筋梁的破坏特征 33 超筋梁的极限承载力取决于混凝土的抗压强度 34 35 36 a 少筋梁 b 适筋梁 c 超筋梁 37 荷载 挠度 少筋梁 砼一开裂梁即破坏 超筋梁 破坏时钢筋未屈服 适筋梁 钢筋先屈服 砼后压坏 Fig 3 2 4配筋率不同的梁的荷载 挠度曲线比较 38 适筋梁 钢筋先屈服 混凝土后压坏 塑性破坏 破坏弯矩取决于钢筋强度及用量 截面尺寸 少筋梁 混凝土一开裂钢筋就屈服 梁因挠度过大而失去承载力 脆性破坏 破坏弯矩近似等于开裂弯矩 取决于混凝土抗拉强度及截面尺寸 超筋梁 混凝土开裂后钢筋不屈服 混凝土先压坏 脆性破坏 破坏弯矩近取决于混凝土抗压强度及截面尺寸 39 3 3受弯构件正截面承载力计算原则针对适筋梁3 3 1基本假定 平截面假定 砼平均应变符合三角形分布 截面保持平面 不考虑受拉区砼参加工作 拉力全部由钢筋承担 借用材料的应力 应变关系砼的极限压应变 40 将 a受压区混凝土实际应力分布图 换算为等效矩形应力图形 受压区计算高度为x 41 3 3 2适筋梁的最大配筋率破坏时应变分布图 42 根据相似三角形关系 有 适筋梁 SL191 2008规定 43 3 3 3最小配筋率 minMcr MuI阶段 阶段 44 Mu RC Mcr C 45 3 4单筋矩形截面梁承载力计算RectangularBeamwithTensionReinforcementOnly1 基本公式及适用条件 46 3 4 3 3 或 3 5 按基本组合或偶然组合计算的弯矩设计值适用条件 综合分项系数 承载力安全系数K 47 截面尺寸未知时 补充条件 经济配筋率 48 内力计算简支板 梁的计算跨度l0取较小者 实心板l0 ln a 49 由关于x的一元二次方程解出x 若 取 假设 配筋计算 50 选配钢筋 作配筋图 按比例 根据查附3表1 附3表2确定钢筋的直径和根数 或钢筋间距 参考原则 在满足钢筋布置构造要求的情况下 宜选用小直径的钢筋 宜使钢筋排列层数较少 大直径钢筋宜布置在最底层 选定钢筋并作出布置后 计算实际的 若与假定值相差过大 应修改设计 钢筋保护层C及净距要满足规范要求 51 52 查表法 53 54 2 承载力复核已知 b h 材料强度 求 检查钢筋布置是否满足构造要求 砼保护层C 净距 计算 若 则 适筋梁抗弯承载力最大值 55 3 4双筋矩形截面梁承载力计算RectangularBeamwithCompressionReinforcement将受拉区 受压区都配受力钢筋的截面 称双筋截面 截面尺寸受限制或承受正反两个方向弯矩时 在受压区配置适当的纵向钢筋作为受压钢筋 56 配有受压钢筋的截面 其延性较好 对箍筋的要求 1 必须采用封闭箍筋2 其它要求见4 5节 57 受压钢筋强度取值 一般认为当对钢材HPB235 HRB335 HRB400 其屈服强度 400MPa 说明此时能达到屈服 因此其抗压强度取为屈服强度 58 基本公式 59 适用条件保证受拉钢筋屈服保证受压钢筋屈服一般能满足 可不验算 若 近似取 对压区合力点取矩 60 3 5 2截面设计两类问题 假设钢筋直径及布置 确定 判断 总用钢量最少 1第一种情况 61 第二种情况直接由基本公式求出x 可能出现三种情况 表示过少 62 63 检查钢筋布置是否符合规范要求 64 65 3 5T形截面受弯构件一 概述矩形截面将受拉区的一部分砼挖去 形成T形截面 66 67 工程中间接T形截面 圆孔空心板 方孔空心板 箱形截面 68 69 70 71 翼缘有效宽度 假定在梁肋附近某一宽度范围内 压应力较大 均匀有效地参与工作 超过该范围以外的砼压应力较小 忽略其作用 72 73 74 75 第二类T形截面适用条件 一般满足 76 全翼缘受压混凝土合力C翼 bf hf Z2 判别方法 C翼Z2与 0Md比较 C翼Z2 0Md C翼Z2 0Md 中性轴在哪 T梁类别判定 77 78 计